(57)【要約】【課題】  電気的ノイズ及びリーク電流を低減し、高精度の測定が可能な半導体素子用減圧加熱測定装置を提供する。【解決手段】  半導体素子１５を所定位置に配置することができるチャンバー２と、半導体素子１５を所定の位置に予め配置することが出来る試料ステージ３と、該試料ステージ３上の所定位置に配置された半導体素子１５を予め決められた温度に調整することが出来る加熱機構と、チャンバー２内を減圧状態に出来るポンプ６と、チャンバー２内に不活性ガスを導入するガス導入系７と、チャンバー２内の不活性ガスを含むガスの圧力調整機構であるコンダクタンスバルブ８とを具備してなり、チャンバー２内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として試料ステージ３及び半導体素子１５を加熱する構成とした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を所定位置に配置することができるチャンバーと、前記半導体素子を所定の位置に予め配置することが出来る試料ステージと、該試料ステージ上の所定位置に配置された前記半導体素子を予め決められた温度に調整することが出来る加熱機構と、前記チャンバー内を減圧状態に出来る真空排気系と、前記チャンバー内に不活性ガスを導入するガス導入系と、前記チャンバー内の不活性ガスを含むガスの圧力調整機構とを具備してなり、
前記チャンバー内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として前記試料ステージ及び前記半導体素子を加熱し、前記試料ステージを介して前記半導体素子中に流れる電流値を測定した時の測定精度のオーダーが１ｎＡ（１×１０−９Ａ）以下であることを特徴とする半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項２】
絶縁膜又は金属膜からなる単層膜か、或いはこれらの少なくとも２以上から構成される複合膜を有してなる半導体素子を測定するものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項３】
前記加熱機構は、クロムとアルミと鉄からなる合金、白金、ニクロム、タングステンの内何れか一以上の材質からなるヒータからなって加熱ユニットに収容されており、
該加熱ユニットは、前記試料ステージに対して電気的に絶縁して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項４】
前記加熱機構から発生する熱電子を遮蔽する熱電子シールド部を備え、該熱電子シールド部は前記チャンバーの何れかの箇所に接地されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項５】
前記熱電子シールド部は、カーボン又は金属網からなることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項６】
前記加熱機構と前記試料ステージの間に、電気的に絶縁する下部絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項７】
前記下部絶縁部材は、石英又はセラミックからなることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項８】
前記下部絶縁部材には透過孔が設けられており、該透過孔にサセプタが取付けられ、該サセプタは前記加熱機構の赤外線放射によって加熱されるものであり、
前記サセプタの何れかの箇所に温度センサが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項９】
前記サセプタは、カーボンからなることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項１０】
前記サセプタの上方に、電気的に絶縁する上部絶縁部材を配置し、該上部絶縁部材の上方に前記試料ステージを配置したことを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項１１】
前記上部絶縁部材は、アルミナ、サファイア、石英の内、少なくとも一以上の材質からなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項１２】
前記試料ステージは、モリブデン、ニッケル、タンタル、タングステンの内、少なくとも一以上の材質からなることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項１３】
前記試料ステージは、前記半導体素子を配置した際に該半導体素子の計測電極をなすものであることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項１４】
前記加熱ユニット及び前記試料ステージは、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸で駆動可能な搬送ステージ上に設置されていることを特徴とする請求項３〜１３の何れか１項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【請求項１５】
前記試料ステージ近傍に、該試料ステージ上方から前記半導体素子に触針するプローブカード又はマイクロプローバーを設けたことを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜或いは金属膜を有する半導体素子を、真空中又は不活性ガスが流れている減圧下で加熱し、特性測定を行う半導体素子用減圧加熱測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子の特性を高温又は低温下で測定する場合、一般に、半導体素子を真空中、或いは希ガスや窒素ガスなどの不活性ガスを流した減圧下状態で測定する手法が用いられている。
これにより、大気圧中で加熱又は冷却を行った場合、半導体素子を構成する物質と大気中に存在する不純物との化学的反応によって半導体素子の特性が劣化したり、加熱ユニットの酸化又は炭化などによる加熱能力の低下、又は半導体素子及び測定装置の異常加熱や結露等により、測定自体が不可能になるのを防止している。
【０００３】
このため、半導体素子を高温又は低温状態で測定する場合には、真空中又は不活性ガスを流した減圧下で行うことが要求される。
【０００４】
半導体素子用減圧加熱測定装置として、真空の測定装置内に処理ガスを流すものがある（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−３１８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置のような、真空中又は不活性ガスを流した減圧下で半導体素子を加熱する場合、以下のような問題が挙げられ、半導体素子の電気特性の測定を困難にする虞がある。
【０００６】
大きな表面積を有する半導体素子を加熱する場合には、該半導体素子の表面積以上の面積を有する加熱ユニットが必要となる。これに伴い、加熱ユニット及び試料ステージの熱容量が増加し、昇温及び降温時間が長くなるという問題がある。
【０００７】
また、高温状態とした場合には、絶縁部材などの導電性が増加するため、測定値の誤差が大きくなる虞がある。
【０００８】
また、加熱ユニットから放出される熱電子等が、銅線又は試料ステージなどに流れ込むことにより、測定値の誤差を引き起こす虞がある。
【０００９】
また、高温に加熱することによって、加熱ユニット及び試料ステージを構成する部材の熱膨張が生じ、これらの構成部品の、平坦度等の機械的精度を維持するのが困難となってしまう。このため、半導体素子の加熱面における温度均一性が低下したり、測定装置の致命的破壊に至る虞がある。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電気的ノイズ及びリーク電流を低減し、高精度の測定が可能な半導体素子用減圧加熱測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明では、以下の構成の半導体素子用減圧加熱測定装置を提供する。
（１）請求項１に記載の発明
半導体素子を所定位置に配置することができるチャンバーと、前記半導体素子を所定の位置に予め配置することが出来る試料ステージと、該試料ステージ上の所定位置に配置された前記半導体素子を予め決められた温度に調整することが出来る加熱機構と、前記チャンバー内を減圧状態に出来る真空排気系と、前記チャンバー内に不活性ガスを導入するガス導入系と、前記チャンバー内の不活性ガスを含むガスの圧力調整機構とを具備してなり、前記チャンバー内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として前記試料ステージ及び前記半導体素子を加熱し、前記試料ステージを介して前記半導体素子中に流れる電流値を測定した時の測定精度のオーダーが１ｎＡ（１×１０−９Ａ）以下であることを特徴とする半導体素子用減圧加熱測定装置。
（２）請求項２に記載の発明
絶縁膜又は金属膜からなる単層膜か、或いはこれらの少なくとも２以上から構成される複合膜を有してなる半導体素子を測定するものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（３）請求項３に記載の発明
前記加熱機構は、クロムとアルミと鉄からなる合金、白金、ニクロム、タングステンの内何れか一以上の材質からなるヒータからなって加熱ユニットに収容されており、該加熱ユニットは、前記試料ステージに対して電気的に絶縁して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（４）請求項４に記載の発明
前記加熱機構から発生する熱電子を遮蔽する熱電子シールド部を備え、該熱電子シールド部は前記チャンバーの何れかの箇所に接地されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（５）請求項５に記載の発明
前記熱電子シールド部は、カーボン又は金属網からなることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（６）請求項６に記載の発明
前記加熱機構と前記試料ステージの間に、電気的に絶縁する下部絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（７）請求項７に記載の発明
前記下部絶縁部材は、石英又はセラミックからなることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（８）請求項８に記載の発明
前記下部絶縁部材には透過孔が設けられており、該透過孔にサセプタが取付けられ、該サセプタは前記加熱機構の赤外線放射によって加熱されるものであり、前記サセプタの何れかの箇所に温度センサが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（９）請求項９に記載の発明
前記サセプタは、カーボンからなることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（１０）請求項１０に記載の発明
前記サセプタの上方に、電気的に絶縁する上部絶縁部材を配置し、該上部絶縁部材の上方に前記試料ステージを配置したことを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（１１）請求項１１に記載の発明
前記上部絶縁部材は、アルミナ、サファイア、石英の内、少なくとも一以上の材質からなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（１２）請求項１２に記載の発明
前記試料ステージは、モリブデン、ニッケル、タンタル、タングステンの内、少なくとも一以上の材質からなることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（１３）請求項１３に記載の発明
前記試料ステージは、前記半導体素子を配置した際に該半導体素子の計測電極をなすものであることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（１４）請求項１４に記載の発明
前記加熱ユニット及び前記試料ステージは、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸で駆動可能な搬送ステージ上に設置されていることを特徴とする請求項３〜１３の何れか１項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
（１５）請求項１５に記載の発明
前記試料ステージ近傍に、該試料ステージ上方から前記半導体素子にコンタクトするプローブカード又はマイクロプローバーを設けたことを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の減圧加熱測定装置によれば、半導体素子を所定位置に配置することができるチャンバーと、前記半導体素子を所定の位置に予め配置することが出来る試料ステージと、該試料ステージ上の所定位置に配置された前記半導体素子を予め決められた温度に調整することが出来る加熱機構と、前記チャンバー内を減圧状態に出来る真空排気系と、前記チャンバー内に不活性ガスを導入するガス導入系と、前記チャンバー内の不活性ガスを含むガスの圧力調整機構とを具備してなり、前記チャンバー内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として前記試料ステージ及び前記半導体素子を加熱し、前記試料ステージを介して前記半導体素子中に流れる電流値を測定した時の測定精度のオーダーが１ｎＡ（１×１０−９Ａ）以下となるように、電気的ノイズ及びリーク電流を低減した構成としている。
従って、昇温及び降温時間が短く、また、測定精度の高い半導体素子用減圧加熱測定装置を実現することができる。
また、本発明の減圧加熱測定装置によれば、加熱ユニットと試料ステージとを分離した構成とすることにより、ヒータ加熱により発生する機械的変形及び電気的ノイズの試料ステージへの影響を抑制している。
従って、測定精度の高い半導体素子用減圧加熱測定装置を、簡便な構成で実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る半導体素子用減圧加熱測定装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本実施形態の半導体素子用減圧加熱測定装置を示す概略図であり、この半導体素子用減圧加熱測定装置（以下、減圧加熱測定装置と略称することがある）１は、チャンバー２と、半導体素子１５を所定の位置に予め配置することが出来る試料ステージ３と、該試料ステージ３上に配置された半導体素子１５を予め決められた温度に調整することが出来る加熱機構５と、チャンバー２内を減圧状態にするポンプ（真空排気系）６と、チャンバー２内に不活性ガスを導入するガス導入系７と、チャンバー２内の不活性ガスを含むガスのコンダクタンスバルブ（圧力調整機構）８とを具備して概略構成される。図２には、本実施形態の減圧加熱測定装置１を構成するホットチャック機構の要部を示している。
減圧加熱測定装置１は、上述の構成により、チャンバー２内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として試料ステージ３及び半導体素子１５を加熱し、試料ステージ３を介して半導体素子１５中に流れる電流値を測定した時の測定精度のオーダーが１ｎＡ（１×１０−９Ａ）以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、減圧加熱測定装置１では、加熱機構５がヒータ５１から構成され、且つ加熱ユニット４に収容されており、該加熱ユニット４は、試料ステージ３に対して電気的に絶縁された構成となっている
【００１５】
本実施形態の減圧加熱測定装置１によって測定される半導体素子１５は、絶縁膜又は金属膜からなる単層膜１５ａか、或いはこれらの少なくとも２以上から構成される複合膜１５ｂを有してなり、試料ステージ３の上面３１に配置される。
【００１６】
チャンバー２は、密封構造で構成された容器であり、半導体素子１５の特性測定を行う際の測定室となる。
チャンバー２は、後述するポンプ６によって減圧される構成となっている。
【００１７】
試料ステージ３は、減圧加熱測定装置１を用いて特性測定を行う際、上面３１に半導体素子１５が配置される載置台として機能する。
試料ステージ３の材質としては、例えば、ニッケル、モリブデン等の熱膨張係数の小さい高融点金属材料から選択して構成することにより、試料ステージ３を高温に加熱した場合であっても、上面３１の平坦性や機械的加工精度を維持することが可能となる。
図２に示す例では、試料ステージ３上に被測定物である半導体素子１５を載置する際は、押え金具３２を用いて上面３１に固定しているが、図示例には限定されず、凹陥部を設けて半導体素子１５を載置固定する等、半導体素子１５を固定する構成については適宜選択して採用すれば良い。
【００１８】
加熱ユニット４は、図２に示すように、上面が開口して箱状に形成されたケース４ａ内に加熱機構５が収容され、ケース４ａの底面を貫くようにして柱状の搬送ステージ連結治具４１が下方へ向けて延出し、該搬送ステージ４１の下端に搬送ステージ取付け部４２が設けられている。
ケース４ａの開口部４ｂには、該開口部４ｂの縁に沿って下部絶縁部材４３が取付けられており、該下部絶縁部材４３の中央には透過孔４３ａが設けられている。該透過孔４３ａには、サセプタ４４が、その周縁部を下部絶縁部材４３に支持されるようにして、前記開口部４ｂを覆うようにして取付けられている。サセプタ４４の上方には、該サセプタ４４と前記試料ステージ３との間に介在させるようにして、上部絶縁部材４５が配置されている。
【００１９】
加熱機構５は、半導体素子１５の特性測定を行う際に該半導体素子１５を加熱するものであり、図２に示す例では、熱源であるヒータ５１の周囲をヒータカバー５２が取り囲むようにして構成され、加熱ユニット４のケース４ａに収容されている。
ヒータ５１は、図示例では、搬送ステージ連結治具４１の一端に支持された状態で、側方及び下方を箱状に形成されたヒータカバー５２で取り囲まれ、ヒータカバー５２上部の開口部５２ａには熱電子シールド５３が覆い被さるように取付けられている。
ヒータ５１を構成する材質としては、例えば、クロムとアルミと鉄からなる合金（例えばサンドビック株式会社製：カンタル（登録商標）等）、白金、ニクロム、タングステン等、一般にヒータ素材として用いられる材料を選択して採用することができ、本実施形態では、赤外線放射によって加熱動作が行われる。なお、上述のクロムとアルミと鉄からなる合金を用いる場合には、Ｃｒ：２２％、Ａｌ：５．３〜５．８％で残りがＦｅからなる成分比率の合金を用いることが、加熱効率等の点で好ましい。
ヒータ５１の形状は、上述の材料を用いて適宜決定することができるが、例えばコイル状に巻回して発熱効率を高めた構成としても良い。
熱電子シールド５３は、カーボン材や金属材によって網状に形成され、ヒータ５１から放射される赤外線を透過する一方、ヒータ５１から放出される熱電子を遮蔽する。熱電子シールド５３は、例えばチャンバー２に接地することにより、減圧加熱測定装置１で半導体素子１５の特性測定を行う際の電気的ノイズを低減し、電気的ノイズ特性を良好な状態に維持して測定を行うことが可能となる。
熱電子シールド５３の網目は、０．１〜３ｍｍ程度の細かさで形成し、また厚みは、０．４〜０．８ｍｍの範囲とすることが、後述するヒータ５１の赤外線放射によるサセプタ４４の加熱効率や、電気的ノイズの遮断の点で好ましい。
【００２０】
図１に示すように、加熱機構５が収容された加熱ユニット４は、チャンバー２内に設けられた搬送ステージ９上に設置される。図２に示すように、この時、加熱ユニット４は、搬送ステージ連結冶具４１によって支持され、搬送ステージ取付け部４２と搬送ステージ９との間にセラミック等の絶縁体を介して設置される。
搬送ステージ９は、チャンバー２内において、図示略の駆動手段によって、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸方向へ移動可能に構成されている。
上述の構成により、加熱ユニット４は、試料ステージ３に対して電気的に絶縁して配置されている。
【００２１】
サセプタ４４は、熱伝導性及び機械的加工精度に優れたカーボン材等からなり、このサセプタ４４の外周部に埋め込まれるようにして、熱電対等からなる温度センサ４４ａが設けられている。
サセプタ４４には、熱源となるヒータ５１から放射され、熱電子シールド５３を透過した赤外線が照射され、サセプタ４４は赤外線を吸収し、減圧不活性ガス雰囲気下で８００℃まで加熱することが可能となっている。
また、ヒータ５１で加熱されたサセプタ４４の温度を温度センサ４４ａによって検知し、図示略の制御手段によって温度制御を行うことが可能となっている。
【００２２】
ポンプ６は、図１に示すように、後述するコンダクタンスバルブ８を介してチャンバー２に接続され、チャンバー２内を真空排気する。
ポンプ６は、例えばロータリーポンプやドライポンプ等の真空ポンプを用いることができる。
ポンプ６は、上述の構成により、チャンバー２内を１０−1Ｐａ以下の圧力まで減圧し、チャンバー２内の圧力は、後述するコンダクタンスバルブ８によって調整することができる。
【００２３】
ガス導入系７は、開閉バルブ７１、流量調整器７２及びチャンバー２内へ突出して設けられた配管７３からなり、図示略のガス供給源から供給される不活性ガスをチャンバー２内に流入させる。
開閉バルブ７１は、手動でバルブの閉栓及び開栓操作を行うことにより、配管７３を介してチャンバー２内に流入する不活性ガスを供給または遮断する。
流量調整器７２は、不活性ガスの流量を制御するものであり、下流の開閉バルブ７１及び配管７３へのガス流量を調整する。
不活性ガスは、例えば窒素ガスや希ガス等からなる。       
【００２４】
コンダクタンスバルブ８は、ポンプ６を駆動してチャンバー２内を減圧する際、バルブ開度を手動制御することによってチャンバー２内の圧力を調整する。また、ガス導入系７によってチャンバー２内に導入された不活性ガスを含む、チャンバー２内のガス全体の圧力調整機構として機能する。
本例では、コンダクタンスバルブ８を手動制御して、チャンバー２内の圧力を調整する例を説明しているが、チャンバー２内に図示略のピラニゲージ等を設置して圧力をモニターし、コンダクタンスバルブ８を自動制御して圧力調整を行う構成としても良い。
【００２５】
プローブカード１０は、試料ステージ３上に載置された被測定物の半導体素子１５にプローブ部１０ａが触針することにより、半導体素子１５の電気的特性データを取得して計測器１１に対して送出する。図１に示す例では、プローブカード１０は、試料ステージ３上に載置された半導体素子１５の略上方に設置されている。
プローブ部１０ａは、プローブカード１０から突出して半導体素子１５に触針するコンタクト部であり、前記端子から半導体素子１５の電気的特性データを取得する。該電気的特性データは、配線１２ａによって計測器１１に送出される。
また、計測器１１には、配線１２ｂによって試料ステージ３が接続されている。
【００２６】
本実施形態の減圧加熱測定装置１は、上述の構成により、以下のような作用を有する。
図１及び図２に示すように、試料ステージ３の上面３１に、押え金具３２を用いて被測定物となる半導体素子１５を所定の位置に配置、固定した状態とする。
半導体素子１５を配置した後、ポンプ６を作動させ、コンダクタンスバルブ８を開栓することにより、チャンバー２内を減圧し、また、ガス導入系７の開閉バルブ７２を開栓して、不活性ガスを配管７３からチャンバー２内に導入し、該チャンバー２内を不活性ガス雰囲気下とする。
ヒータ５１に通電することにより、熱電子シールド５３を介してサセプタ４４に赤外線が照射される。サセプタ４４は赤外線を吸収することにより、減圧不活性ガス雰囲気下において最大８００℃まで加熱され、上部絶縁部材４５を介して、試料ステージ３及び該試料ステージ３上に配置された半導体素子１５が加熱された状態となる。
【００２７】
図１に示すように、試料ステージ３には計測器１１と接続される配線１１ｂが、プローブカード１０には配線１１ａが接続されている。プローブカード１０のプローブ部１０ａが、半導体素子１５に触針することにより、試料ステージ３及びプローブカード１０を介して半導体素子１５中を流れる電流を、計測器１０によって測定する。
この際、ヒータ５１から放射される赤外線は、熱電子シールド５３を通過することによって熱電子が遮断された状態でサセプタ４４に照射される。赤外線照射によって加熱されたサセプタ４４と試料ステージ３との間は、上部絶縁部材４５によって電気的に絶縁されおり、また、サセプタ４４の周縁部は、下部絶縁部材４３によって電気的に絶縁されている。
これにより、本実施形態の減圧加熱測定装置１は、試料ステージ３及び半導体素子１５が、熱源であるヒータ５１からの電気ノイズ及びリーク電流の影響が低減され、試料ステージ３を介して半導体素子１５中に流れる電流値を測定した時の測定精度のオーダーが１ｎＡ（１×１０−９Ａ）以下と、極めて高精度の測定が可能となる。
【００２８】
本実施形態の減圧加熱測定装置１では、チャンバー２内を真空又は不活性ガスを流した減圧状態で使用することにより、半導体素子１５及びその周辺のみを高温に加熱することが可能となっているため、昇温及び降温時間を短縮することが可能となる。また、減圧加熱測定装置１では、加熱ユニット４と試料ステージ３との間を、熱伝導性及び機械的精度に優れた絶縁部材を用いて電気的に絶縁することにより、低電気的ノイズ及び低リーク電流特性を有している。
これにより、試料ステージ３上に配置された半導体素子１５を１００℃〜６００℃の範囲で加熱した状態で、該半導体基板１５上に形成された絶縁膜の信頼性の評価及び銅配線等のエレクトロマイグレーションの評価に使用することができる。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態の減圧加熱測定装置１によれば、半導体素子１５を所定位置に配置することができるチャンバー２と、半導体素子１５を所定の位置に予め配置することが出来る試料ステージ３と、該試料ステージ３上の所定位置に配置された半導体素子１５を予め決められた温度に調整することが出来る加熱機構５と、チャンバー２内を減圧状態に出来るポンプ６と、チャンバー２内に不活性ガスを導入するガス導入系７と、チャンバー２内の不活性ガスを含むガスの圧力調整機構であるコンダクタンスバルブ８とを具備してなり、チャンバー２内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として試料ステージ３及び半導体素子１５を加熱し、試料ステージ３を介して半導体素子１５中に流れる電流値Ａを測定した時の測定精度のオーダーが１ｎＡ（１×１０−９Ａ）以下となるように、電気的ノイズ及びリーク電流を低減した構成としている。
従って、昇温及び降温時間が短く、また、測定精度の高い半導体素子用減圧加熱測定装置を実現することができる。
また、本実施形態の減圧加熱測定装置１によれば、加熱ユニット４と試料ステージ３とを分離した構成とすることにより、ヒータ５１の加熱によって発生する機械的変形及び電気的ノイズの試料ステージ３への影響を抑制している。
従って、測定精度の高い半導体素子用減圧加熱測定装置を、簡便な構成で実現することが可能となる。
【００３０】
なお、サセプタ４４に図示略のアースラインを接続して構成すれば、ヒータ５１から放出される熱電子誘起電流をより一層低減することできるため、高温下での低ノイズ測定が可能となる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明に係る半導体素子用減圧加熱測定装置に実施例について説明する。
図１及び図２に示すような、本発明に係る半導体素子用減圧加熱測定装置を作製し、以下の各項目に示す評価試験を行った。
なお、各例とも、熱電子シールド５３については、材質としてモリブデン材料を用い、網目の細かさが２ｍｍであり、厚みが０．６ｍｍのものを作製して試験を行った。
なお、熱電子シールド５３の材質として用いたモリブデンは、電気抵抗率が５．２×１０−６Ωｃｍと、希土類金属の中で最も小さく、また、酸化した場合であっても高い導電性を有する（ＭｏＯ２の電気抵抗率：８．８×１０−５Ωｃｍ）等、電気的特性に優れていることが、文献により明らかとなっている（「数値のＲｅｆ．改定４版  化学便覧  基礎編ＩＩ」日本化学学会編）。
【００３２】
［半導体素子表面温度とサセプタ温度］
試料ステージ３に半導体素子１５を配置、固定し、半導体素子１５の素子表面温度及びサセプタ４４の温度を測定し、素子表面温度の平均及びバラツキを調べた。
半導体素子１５表面の中心１箇所及びこの中心から３．３ｃｍ離れた上下左右４箇所の計５箇所に熱電対を取り付けて各温度を測定し、これらの平均温度を求めた。
また、上述の５箇所の位置における温度の測定値から、数１を用いてバラツキ温度（Ｔｅｒｒｏｒ）を求めた。ここで、Ｔｍａｘは５箇所の測定点での最大温度、Ｔｍｉｎは最低温度である。
【００３３】
【数１】
2006237059.tif 000003
【００３４】
なお、測定時のチャンバー２内の圧力は１Ｐａ以下とした。
結果を図３のグラフに示す。
【００３５】
図３に示すように、サセプタ４４の温度上昇とともに、半導体素子１５の表面温度も線形的に上昇することが明らかとなった。
サセプタ４４が６００℃まで加熱された時、半導体素子１５の平均表面温度は３００℃に達することが明らかとなった。
また、半導体素子１５の表面温度の上昇に伴い、バラツキも増加することが明らかとなっているが、バラツキの範囲は、平均温度に対して±０．５％程度であり、非常に良好な表面温度の面内均一性を示している。
【００３６】
［ノイズ電流とサセプタ温度］
試料ステージ３に半導体素子１５を配置、固定し、ヒータ５１からサセプタ４４を介して試料ステージ３に流れるノイズ電流及びサセプタ４４の温度を測定した。
図４に示すように、サセプタ４４の温度が室温〜５００℃の範囲において、試料ステージ３に流れるノイズ電流は約２ｐＡとほぼ一定であり、サセプタ４４の温度に依存しない、非常に安定した特性を示している。
一方、サセプタ４４の温度が６００℃（半導体素子１５表面の温度が約３００℃）の時、ノイズ電流は０．５ｐＡと減少している。これは、ヒータ５１から放出された熱電子に起因する電流によるものであるが、ノイズ電流自体の大きさは非常に小さいため、ｐＡのオーダーによる低ノイズ測定が可能であることが明らかとなった。
【００３７】
［半導体素子表面温度とチャンバー内圧力］
試料ステージ３に半導体素子１５を配置、固定し、半導体素子１５の素子表面温度及びチャンバー２内の圧力を測定して、素子表面温度の平均及びバラツキのチャンバー内圧力依存性を調べた。試験は、サセプタ４４の温度を６００℃とした条件下で行った。
図５に示すように、チャンバー２内の圧力の上昇とともに半導体素子１５の表面温度も上昇し、チャンバー２内圧力が１００Ｐａの時、半導体素子１５の表面温度は３５０℃以上に達することが明らかである。また、図３に示したサセプタ温度依存性の結果と同様、チャンバー２内圧力の上昇とともに、半導体素子１５表面温度のバラツキも増加するが、バラツキの範囲は、平均温度に対して±０．５％以下であり、非常に良好な表面温度の面内均一性を示している。
【００３８】
［ノイズ電流とチャンバー内圧力］
試料ステージ３に半導体素子１５を配置、固定し、ヒータ５１からサセプタ４４を介して試料ステージ３に流れるノイズ電流及びチャンバー２内の圧力を測定した。試験は、サセプタ４４の温度を６００℃とした条件下で行った。
図６に示すように、チャンバー２内の圧力の上昇とともに、試料ステージ３に流れるノイズ電流も増加することが明らかである。しかしながら、チャンバー２内の圧力が１００Ｐａ、即ち、半導体素子１５の表面温度が３５０℃以上に加熱された状態（図５参照）においても、ノイズ電流は十数ｐＡと非常に小さい。
以上の結果により、本発明に係る減圧加熱測定装置を用いることにより、３５０℃の高温に加熱された半導体素子を、１ｎＡ（１×１０−９Ａ）以下のオーダーでの低ノイズ測定が可能となることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上説明した通り、本発明の減圧加熱測定装置によれば、加熱ユニット４と試料ステージ３とを分離した構造にすることにより、ヒータ５１の加熱によって発生する機械的変形及び電気的ノイズの試料ステージ３への影響を抑制できる。また、チャンバー２内を、真空又は不活性ガスを流した減圧状態で使用し、半導体素子１５及びその周辺のみを高温に加熱することにより、昇温及び降温時間を短縮することができる。また、サセプタ４４にアースラインを接続すれば、ヒータ５１から放出される熱電子誘起電流を低減することでき、高温下での電気的ノイズを低減することができる。
従って、昇温及び降温時間が短く、また、測定精度の高い半導体素子用減圧加熱測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の減圧加熱測定装置の一例を説明する概略図である。
【図２】本発明の減圧加熱測定装置の要部のホットチャック構造を示す概略図である。
【図３】本発明の減圧加熱測定装置の温度特性を説明するグラフである。
【図４】本発明の減圧加熱測定装置のノイズ電流のサセプタ温度依存性を説明するグラフである。
【図５】本発明の減圧加熱測定装置のサセプタ温度の圧力依存性を説明するグラフである。
【図６】本発明の減圧加熱測定装置のノイズ電流の圧力依存性を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１…減圧加熱測定装置（半導体素子用減圧加熱測定装置）、２…チャンバー、３…試料ステージ、４…加熱ユニット、４３…下部絶縁部材、４３ａ…透過孔、４４…サセプタ、４４ａ…温度センサ、４５…上部絶縁部材、５…加熱機構、５１…ヒータ、５３…熱電子シールド、６…ポンプ（真空排気系）、７…ガス導入系、８…コンダクタンスバルブ（圧力調整機構）、９…搬送ステージ、１０…プローブカード、１５…半導体素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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